Báo Cáo Thực hành Điện Tử Công Suất

BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

BÀI 1 : CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN

I. Diode ( Đi ốt )
1. Khái niệm :
Đi ốt là phần tử được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp bán dẫn p-n. Đi ốt có
2 cực , anôt A là cực nối với lớp bán dẫn kiểu p , catốt K là cực n ối v ới l ớp
bán dẫn kiểu n . Dòng điện chỉ chảy qua đi ốt theo chiều từ A đến K khi
điện áp UAK dương. Khi UAK âm thì dòng qua di ốt gần như bằng không

2. Đường đặc tính V-A

 Diode lý tưởng gồm 2 trạng thái đóng mở

Page 1


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
 Diode thực tế:

Với rR = : điện trở ngược trong diode
UBR: điện áp đánh thủng
UTO: điện áp rơi trên diode
rF = : điện trở thuận trong diode
Các thông số chính của diode:
- Giá trị điện áp đánh thủng UBR
- Giá trị điện áp ngược lập lại URRM.
- Giá trị điện áp ngược không lập lại: URSM.
- Dòng điện, nhiệt độ làm việc.
- Giá trị trung bình cực đại dòng điện thuận I F(AV)M.

- Giá trị cực đại dòng điện thuận không lập lại I FSM.
Các thông số lựa chọn Diode
- Dòng trung bình thuận của diot IF
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diot có thể chịu được : UBR ( Ungmax)
- Tần số
3. Hình chụp thực tế

Page 2


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Page 3


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

II.
-

Thyristor ( Tiristo)
1. Khái niệm :
Tiristo là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n , tạo ra
3 tiếp giáp p-n: J1 , J2 ,J3. Tiristo có 3 cực : Anot A, catot K , cực điều
khiển G

Page 4


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

-

-

Tiristo có đặc tính giống diot , nghĩa là chỉ cho phép dòng ch ạy qua
theo một chiều từ anot đến catot và cản trở dòng điện chạy theo chiều
ngược lại. Tuy nhiên tiristo khác với diot là ngoài UAK > 0 thì cần phải
có thêm một số điều khiển khác mới có thể dẫn dòng . Vì vậy , nó được
coi là phần tử bán dẫn có điều khiển
Các trạng thái mở - khóa ( đóng )
Trạng thái mở

+ UAK > 0
+IG # 0
+ Ivan > Idt ( dòng điện duy trì )

Trạng thái khóa
+ Ivan < Idt ( bằng cách đổi chiều dòng
điện oặc áp một điện áp ngược lên A và
K của tiristo )

-

2. Các đặc tính V-A của tiristo
Đặc tính V-A của tiros với các trạng thái mở - khóa

-

Đặc tính V-

A của tiristo

( SCR )

Page 5


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT





-

Các thông số cơ bản của tiristo :
VBR: điện áp ngược đánh thủng.
VBO: điện áp tự mở
IH: dòng duy trì (holding).
IG: dòng điện điều khiển ( xung điều khiển )
Đặc tính động

Đặc tuyến V-A khi mở Thyristor

Page 6


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đặc tuyến V-A khi đóng Thyristor

3. Hình chụp thực tế

Page 7


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

III.

Transistor có cực điều khiển cách ly – IGBT ( Insulated Gate
Bipolar Transistor)
1. Khái niệm
- IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và kh ả
năng chịu tải lớn của transistor thường . Về mặt điều khiển , IGBT gần
như giống hoàn toàn MOSFET , nghĩa là điều khiển bằng đi ện áp
- IGBT là van bán dẫn thông dụng nhất hiện nay vì có tần s ố đóng cắt
lớn , làm việc với nhiều dải công suất và đáp ứng được yêu cầu của
công nghệ hiện nay

Page 8


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Cấu tạo chung của IGBT

Kí hiệu của IGBT

Cấu tạo chung của IGBT

2. Các đặc tính của IGBT
- Đặc tính tĩnh của IGBT

Page 9


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

-

Đặc tính động :

3. Hình chụp thực tế

IGBT : 25N120

Page 10


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Các thông số :
Điện áp chịu đựng Vce: 1200V
Dòng điện cực đại Ic: 40A(ở nhiệt độ TC= 25°C), 25A(ở nhiệt độ TC= 100°C)
Nhiệt độ tối đa: 300°C
Điện áp Vge: ±20V
Công suất Ptot: 310W

IGBT 25N120 được phát triển để có hiệu quả cao và khả năng đóng cắt
nhanh. Vì vậy, IGBT 25N120 thường được dùng để chuyển mạch điện trong nhiều
thiết bị hiện đại: bếp từ, ổ đĩa biến tần (VFD), xe điện , xe lửa, tủ lạnh tốc độ biến

đổi, chấn lưu đèn, máy lạnh và thậm chí cả hệ thống âm thanh stereo v ới bộ
khuếch đại chuyển mạch.

Page 11


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BÀI 2 : BỘ CHỈNH LƯU
I.

Khát quát chung
1. Định nghĩa : Chỉnh lưu là thiết bị biến đổi dòng điện ( điện áp ) xoay
chiều thành dòng điện ( điện áp ) thành một chiều

-

2. Phân loại
Theo số pha : 1 pha , 2 pha , 3 pha , 6 pha
Theo loại ngắt điện :
+ Mạch dùng toàn Diode : Chỉnh lưu không điều khiển
+ Mạch dùng toàn Tiristo : Chỉnh lưu có điều khiển
+ Mạch dùng nửa diode , nửa tiristo : Chỉnh lưu bán điều khi ển
3. Các thông số cơ bản của chỉnh lưu
-Điện áp tải: Ud = (t).dt
-Dòng điện tải: Id = Udc/Rd
-Dòng điện chạy qua ngắt điện: IND = Id/m
-Điện áp ngược của ngắt điện: UN= Umax
-Công suất biến áp: SBA = = kad.Ud
-Số lần đập mạch trong một chu kỳ m
-Độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp tải.

II.

Các mạch chỉnh lưu thực nghiệm
Page 12


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1. Chỉnh lưu tia 1 pha không điều khiển
- Mạch lực :

Page 13


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

-

Kết quả dạng sóng Oscilloscope

Page 14


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

2. Chỉnh lưu tia 2 pha không điều khiển
- Mạch lực :

Page 15

BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
-

Kết quả dạng sóng Oscilloscope:

Page 16


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
3. Chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
- Mạch lực :

-

Kết quả mô phỏng bằng Oscilloscope ở chế độ gián đoạn :
Page 17


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Page 18


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
-

Kết quả mô phỏng bằng Oscilloscope ở chế độ dòng liên tục :

Page 19

BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BÀI 3 : BĂM XUNG MỘT CHIỀU
< Mô phỏng bộ BXMC không đảo chiều nối tiếp >

I. Khát quát chung
- Băm xung một chiều ( BXMC ) là thiết bị để thay đổi điện áp một chiều
ra tải từ 1 nguồn điện áp 1 chiều cố định
- BXMC được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều , tạo
nguồn ổn áp dải rộng
II. Bộ băm xung một chiều nối tiếp

Trong khoảng từ 0 đến t0 khi van dẫn điện, năng lượng của nguồn sẽ được
cấp cho phụ tải, nếu coi van là lý tưởng có: U t = E; vì dòng điện từ nguồn i1 cấp cho
tải Rt phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này sẽ được n ạp năng l ượng trong giai
đoạn van Tr dẫn.
Trong khoảng thời gian còn lại từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển, van Tr khóa,
điện cảm L phóng năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước, dòng đi ện qua L v ẫn theo
chiều cũ và theo van đệm D (dòng i2), lúc này Ut = -UD ≈ 0.
III. Mô phỏng mạch lực
Mô phỏng bộ BXMC không đảo chiều nối tiếp
Ta lựa chọn Rt = 0.1125Ω , L = 1,05.10-5 (H) , E=Uvào = 24V
Sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng

1. Mạch lực :
Page 20


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

2. Kết quả mô phỏng :
a. Mối quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào

Page 21


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- Khi phóng to ở dải dẫn Ut = E ta được :

Từ đó ta thấy thực chất việc điều chỉnh điện áp ra bằng cách “ băm” đi ện áp
một chiều E thành các “ xung “ điện áp ở đầu ra nên thi ết bị này đ ược g ọi là “ Băm
xung một chiều “
b. Mối quan hệ giữa It , Ivạn và ID

Với màu hồng là dòng điện tải , màu xanh là dòng điot, màu vàng là dòng c ủa van
IGBT

Page 22


BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

-

Khi ta phóng to ở các nút quan trọng , ta xác định dòng đi ện tải l ớn
nhất và dòng điện tải nhỏ nhất :

Page 23

BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BÀI 4 : BIẾN TẦN
I. Tổng quan về biến tần
1. Khái niệm
Biến tần là thiết bị điện tử dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều có tần
số và biên độ xác định sang nguồn điện xoay chiều khác có tần s ố và biên độ
thay đổi được
Phanh

Nguồn

Bộ Điều
Khiển

Mạch Công
Suất

Khối vào ra

Cấu trúc của bộ biến tần

Bộ biến tần điển hình
2. Phân loại biến tần
a. Phân loại theo phương pháp biến đổi
Page 24

TB Chấp
Hành

BÁO CÁO THỰC HÀNH – ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp
b. Phân loại theo nguồn ra
- Biến tần nguồn dòng
- Biến tần nguồn áp
c. Phân loại theo phương pháp điều khiển
- Phương pháp điều khiển cổ điển
- Phương pháp điều khiển PWM
- Phương pháp điều khiển véc – tơ
- Phương pháp điều khiển ma trận
d. Phân loại theo nguồn cấp vào
- Biến tần một pha
- Biến tần ba pha
3. Ứng dụng của biến tần
Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng là các thế hệ
có mô men tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt li tâm là những
ứng dụng điển hình
II.

Tìm hiểu về biến tần Micromater Eco
Biến tần Mircomaster là thiết bị biến đổi tần số dùng để điều khi ển tốc
độ động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha . Có dãy công suất ngõ vào từ
120W- 7,5KW
1. Các đặc tính cơ bản của Micromaster
- Dễ cài đặt, lập trình và sử dụng
- Chịu quá tải 200% trong 3s cho tới 150% trong 60s
- Mô men khởi động lớn và điều chỉnh tốc độ motor chính xác
- Có thể kết hợp với bộ lọc

- Điều chỉnh dòng nhanh
- Khoáng nhiệt độ hoạt động từ 0- 50C
- Có sẵn nguồn 15V-50mA cấp cho các bộ biến đổi phản hồi
- Điều khiển từ xa thông qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao
thức USS với đặc tính điều khiển tới 31 bộ điều khiển biến tần qua
giao thức USS
- Tự động phát hiện động cơ 2,4,6 hoặc 8 đầu vào điều khiển
- Tích hợp sẵn phần mềm điều khiển quạt gió làm mát
- Khả năng lắp đặt liền nhau
- Các thông số được đặt từ khi sản xuất có thể đặt lại cho các thiết
bijcura châu Âu , Asian, Bắc Mỹ
- Tích hợp một số thành phần bảo vệ như quá dòng, cao áp, thấp áp , quá
nhiệt
Page 25